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1、质谱质谱中的离子中的离子中的离子中的离子1.分子离子 分子被电子束轰击失去一个电子形成的离子称为分子离子。分子离子用 M+表示。分子离子是一个游离基离子。在质谱图中与分子离子相对应的峰为分子离子峰。分子离子峰的应用：分子离子峰的质荷比就是化合物的相对分子质量，所以，用质谱法可测分子量。2.同位素离子 含有同位素的离子称为同位素离子。在质谱图上，与同位素离子相对应的峰称为同位素离子峰。第1页/共86页3.碎片离子 分子离子在电离室中进一步发生键断裂生 成的离子称为碎片离子。4.重排离子 经重排裂解产生的离子称为重排离子。其结构并非原来分子的结构单元。在重排反应中，化学键的断裂和生成同时发生，并丢
2、失中性分子或碎片。5.奇电子离子与偶电子离子 具有未配对电子的离子为奇电子离子。记为：M+.，A+.；这样的离子同时也是自由基，具有较高的反应活性。无未配对电子的离子为偶电子离子。如：D+第2页/共86页6.多电荷离子 分子中带有不止一个电荷的离子称为多电荷离子。当离子带有多电荷离子时，其质核比下降，因此可以利用常规的四极质量分析器来检测大分子量化合物。7.亚稳离子 从离子源出口到检测器之间产生的离子。即在飞行过程中发生裂解的母离子。由于母离子中途已经裂解生成某种离子和中性碎片，记录器中只能记录这种离子，也称这种离子为亚稳离子，由它形成的质谱峰为亚稳峰8.准分子离子 比分子量多或少 1 质量单
3、位的离子称为准分子离子，如：(M+H)+、(M+H)+不含未配对电子，结构上比较稳定。第3页/共86页4.3 分子离子分子离子峰的识别1.在质谱图中，分子离子峰应该是最高质荷比的离子峰（同位素离子及准分子离子峰除外）。2.分子离子峰是奇电子离子峰。3.分子离子能合理地丢失碎片（自由基或中性分子），与其相邻的质荷比较小的碎片离子关系合理。即在比分子离子小414及2025个质量单位处，不应有离子峰出现。4.氮律：当化合物不含氮或含偶数个氮时，该化合物分子量为偶数；当化合物含奇数个氮时，该化合物分子量为奇数。第4页/共86页第5页/共86页4.3.2 分子离子峰的相分子离子峰的相对强度度1.分子离子
4、峰强弱的大致顺序 芳环（包括芳杂环）脂环化合物 硫醚、硫酮 共轭烯烯酮不分支烃醚酯胺酸醇高分支烃2.芳环（包括芳杂环）、脂环化合物、硫醚、硫酮、共轭烯分子离子峰比较明显3.直链酮、酯、酸、醛、酰胺、卤化物等通常显示分子离子峰。4.脂肪族醇、胺、亚硝酸酯、硝酸酯、硝基化合物、腈类及多支链化合物容易裂解，分子离子峰通常很弱或不出现。4.3.3 M+.峰和(M+1)+峰或(M-1)+峰的判别 醚、酯、胺、酰胺、腈化物、氨基酸酯、胺醇 等可能有较强的(M+1)+峰；芳醛、某些醇或某些含氮化合物可能有较强的(M-1)+峰。第6页/共86页分子离子峰的分子离子峰的获得得1.降低电子能量 通常EI源所用电子
5、的能量为70eV，在高能量电子的轰击下，某些化合物难得到分子离子。这时可采用1020eV左右的低能电子，虽然总离子流强度会大大降低，但有可能得到一定强度的分子离子。2.制备衍生物 某些化合物不易挥发或热稳定性差，可以衍生化处理。例如，可将某有机酸制备成相应的酯，酯容易气化，而且易得到分子离子峰，由此来推断有机酸的分子量。3.采用软电离方式 软电离方式很多，如化学电离源、快原子轰击电离源、电喷雾电离源等。由准分子离子来推断出化合物的分子量。第7页/共86页一、影响离子丰度的因素一、影响离子丰度的因素 1 1、产产物的物的稳稳定性定性 分子分子 如果分解能够生成中性分子，稳定，有利于生成对应的离子
6、。质谱中常见失去的中性分子：H2O,CO,CO2,HCN,CH3OH,HX,CH2=C=O,H2S。离子离子 CH2=CHCH2+CH2=CHCH2 共振体 m/z41离子裂解反应共振体 m/z43m/z57，叔碳离子 自由基自由基 叔碳自由基，烷氧自由基等。最大烷基丢失规则：在有分枝处碎裂时，如果有几种可能失去烷基时，以失去最大 烷基所对应的离子的丰度最大。第8页/共86页 Stevenson规则：AB+A+B A+和B+为互补离子 B+A 电离势低者，丰度大。A A+，IP(A)B B+,IP(B)实际上也是出于从稳定性考虑的结果。2 2、键键的活的活泼泼性性 越活泼，越易断 CI CBr
7、 CCl CF，半径增大，电负性减小，键强度减弱。第9页/共86页二、离子碎裂反二、离子碎裂反应应 由McLatterty总结出来的，它是一种表象方法，大部分与事实符合，但并不严格表示真实的反应机理。由于气相中的离子单分子分解由内能控制，在高内能的情况下，会有多种复杂的过程发生，尤其是涉及到一些复杂的重排过程。奇电子离子：OE+，电子数为奇数的离子，分子离子一般为奇电子离子。偶电子离子：EE+，电子数为偶数的离子，碎片离子或化学电离的准分子离子。1 1、基本、基本类类型型 键键断裂断裂电离发生在键上，随后发生断裂反应，烃类中常发生。R1CH2R2 R1+CH2R2 R1 +CH2R2+R1YR
8、2 R1+YR2 R1 +YR2+(Y=Si,S)例：第10页/共86页 自由基引自由基引发发的断裂的断裂(断裂断裂)自由基引起的键的断裂 动力：游离基中心强烈的成对倾向。特点：电荷保留。自由基位置十分重要，杂原子或多重键或芳香烃位置。饱和中心：不饱和中心：发生断裂的化合物类型：羰基、醇、醚、胺、烯、芳烷等发生断裂的难易顺序：N S,O,Cl,Br H举例荷基异位离子(Distonic ion)第11页/共86页 最大烷基丢失 当有几种可能失去烷基时，优先考虑最大烷基失去的反应。1-甲基,1-乙基-正丙醇二乙胺第12页/共86页 电电荷中心荷中心诱导诱导的断裂的断裂(i i断裂断裂)正电荷中心
9、对一对电子的吸引导致的断裂，电荷转移。奇电子离子偶电子离子倾向：X O,S N,C 与电负性有关与相比,总体上 i不利第13页/共86页电荷定域对产物分布的影响异丙基对电荷的稳定作用所致。化学电离产生的离子麻黄素的电子轰击质谱和化学电离质谱EI谱图CI谱图第14页/共86页 环环已已烯烯的开的开环环分解分解 2 2、环环状状结结构的分解构的分解 开环，至少断裂两个键，连续反应，可以看成是基本断裂类型的组合。环环已已烷烷的开的开环环分解分解逆Diels-Alder缩合，简写为RAD。第15页/共86页 四元四元环环开开环环分解分解 五元五元环环开开环环分解分解 杂环杂环开开环环分解分解第16页/
10、共86页3 3、氢氢重排重排 重排：伴随着旧键断裂，新键生成，在焓上有利，在熵上不利。氢重排：常见，H的体积小，空间障碍小。结构特征重排：有些氢重排与结构的对应非常明确，如 McLafferty重排。随机重排：高能电离，常见于 键电离场合。氢重排可用氘同位素标记方法。质谱中氢重排与光化学反应有一定的相似性。重排的驱动是自由基对氢原子的吸引或电荷中心的诱导作用。第17页/共86页 特点：不饱和中心。-H(六元环)转移，键断裂。电荷保留占主导地位(有例外)。游离基中心引游离基中心引发发的的氢氢重排重排 a)McLafferty(麦氏重排)-H 重排到不饱和基团上并伴随着发生键断裂，产生奇电子离子。
11、第18页/共86页 能够发生麦氏重排的有机物种类：醛、酮、酯、酸、酰胺、碳酸酯、磷酸酯、亚硫酸酯、亚胺、肟、腙、烯、炔和烷基苯。第19页/共86页醛第20页/共86页b)饱和杂原子上的氢重排 氢重排到饱和杂原子上并伴随着邻键的断裂。特点：环的大小不固定。断键位置与重排的H相邻的键断裂。电荷转移往往为主。第21页/共86页第22页/共86页 电电荷中心引荷中心引发发的重排的重排i 诱导的断裂，直接键断裂。远电荷处的氢重排。第23页/共86页F 双氢重排(麦氏+1重排)可以解释酯及类似物失去27、41和55碎片过程。第24页/共86页 特殊特殊氢氢重排重排 a)连串重排奇电子重排离子的进一步重排。
12、b)随机重排多次重排步骤，氧对氢的接受能力较强所致。缺少反应中心 临界能较高，各种可能的反应都会发生 结构关系差 产生低质量离子系列 化合物种类：烃、卤代烃、氰基、硝基烷烃 有时会出现骨架随机重排。第25页/共86页 氢氢重排的影因素重排的影因素a)氢的不稳定性 游离基引发的重排反应中，不成对电子的转移，自由基上的稳定性影响重排的竞争性。易于发生氢重排的位置：支化度较高的碳原子上，与不饱和键相邻的碳原子上的氢(苄基)或电负性原子上的氢(如氧上)。第26页/共86页F位置的接受能力 质子亲合势高的基团有利于接受氢。含N大于S，O。醚、酮、酯 酸、醛、醇 烯、芳烃。第27页/共86页c)产物的稳定
13、性稳定的偶电子离子第28页/共86页4 4、骨架重排、骨架重排置置换换重排重排(rdrd)无H迁移发生；三、四、五、六元环系列；直链烃易发生rd(链的支化对rd是不利的),断裂能量仅低于仲碳键断裂。第29页/共86页 消去重排消去重排(rere)第30页/共86页第31页/共86页4.5 常见各类化合物的质谱特征按有机化合物的分类方法进行，不完全相同。单官能团：烃、醇、醛和酮、酯、酸和酐类、醚(硫醇和硫醚)、胺、酰胺、氰 、脂肪卤化物等。多官能团：电荷定位能力，协同效应等。单官能团多官能团第32页/共86页一、一、烃类烃类 随机重排倾向，氢原子和碳骨架都可能(饱和烃中最为严重)饱和脂肪烃类 电
14、离势 CC 11.5eV,CH 12eV，电离发生在碳碳键上。特点：直链烃，有M+存在，但随着链的增加，M+减小 支链烃，M+很小(由支链处容易断裂所致)低质量区，CnH2n+1+,主系列 m/z 29,43,57,71,85 最大在43或57。CnH2n-1+,CnH2n+次要系列,二次断裂和重排产生的系列。第33页/共86页 不饱和脂肪烃类 由于存在双键，电离势下降，能稳定M+，有显著的M+。特点：CnH2n-1+和CnH2n+系列离子。烯丙基断裂 RCH2CHCHR R+CH2=CHR CH2CH=CHR 双键发生转移，不能区分顺反和位置异构体。CnH2n+可能是麦氏重排产物+饱和脂环烃
15、类 M+比相应的非环烷烃的强，因为断一个键不产生碎片离子。开环断裂生成m/z28 和M C2H4+特征离子。第34页/共86页 不饱和脂环烃类 M+较强，谱图与脂环烃和烯烃质谱类似，异构体质谱相近。特征是RAD反应和M-CH3+。RAD第35页/共86页 芳香烃 M+强度较大，芳环上电子 的共轭作用，对稳定电荷有好处，容易产生双电荷或多电荷离子。特点：苯环开环产生特征离子，m/z39(C3H3+),m.z50,51,52(C4H4+),m/z63,64,65(C5H5+),66。C6H5(CH2)n+，链上断裂裂的产物，苄基断裂最显著。麦氏重排(R足够长时)当碳上有分枝时第36页/共86页二、
16、醇二、醇类类qq 电离发生在氧的非键轨道上，从电离角度M+应稳定存在，但由于离子化的羟 基引发的分解更快，因此M+很小。q 醇类易发生离子-分子反应，生成M+H+或M-H+，从而补偿M+很弱的不足，有利于判断分子量。q 热催化产生M-18+，M-20+，M-2+的峰，需注意辨认。饱和脂肪醇类 特点：主要是断裂，然后是I二次断裂(伴随着重排)。第37页/共86页 脱水 失水后的醇酷似相应烯烃的质谱图，产生CnH2n+1和 CnH2n+系列离子。脂环醇类特点：主要是断裂 然后是i二次断裂 (伴随着重排)。第38页/共86页脱水，3,4,5位置：第39页/共86页 酚类 M+很强 失去CO和HCO离
17、子如有苄基碳，M-H+较强 邻位效应第40页/共86页三、三、醛类醛类和和酮类酮类 电离势较低，一般在，失去羰基氧的弧对电子，M+较强，芳香醛和酮更为明显。脂肪醛和酮类 特征：断裂，麦氏重排。第41页/共86页 脂肪醛和酮类特征：断裂，麦氏重排。第42页/共86页 脂环酮 特征：开环断裂 ,i,氢重排第43页/共86页 芳香酮 分子离子很强，-断裂，m/z105,苯酰离子 i-断裂 m/z77特殊的重排现象 葸醌第44页/共86页四、四、酯类酯类 M+较强，能观察到显著的分子离子峰，芳香酯分子离子峰很强。特征：和 i 断裂同时发生。麦氏重排，产生强的奇电子离子峰。双氢重排，麦氏+1重排。甲酯，
18、十八酸酯 第45页/共86页 乙酯和高级酯 RCOOR:当R大于丁基时，M+很小。第46页/共86页 芳香酯 分子离子很强 邻位效应 苯甲酰特征离子 第47页/共86页五、酸和五、酸和酐类酐类 短链的酸类有M+，长链(n 6)正链烷酸，碳数增加，分子离子减弱。多羧酸分子离子很弱或不存在，有M-1+离子，与醇相似。脂肪酸 麦氏重排 ，i断裂 CnH2nCOOH+离子系列，m/z73,87,101,115,129,可能来自于置换重排。二羧酸常发生CO2的失去反应，也可能存在热脱羧。第48页/共86页 芳香酸 分子离子较强。失去OH，再失去CO。邻位效应，M-H2O+，再接着失去CO。酸酐 脂肪酸酐
19、，M+很小；不饱和酸酐，M+存在。琥珀酐第49页/共86页六、六、醚类醚类 醚类有较强的M+，有时还有M+1+或 M-1+，可用于判断分子量。脂肪醚 M+有一定强度。分子离子较强。,i 断裂相当，氧对电子有较高的诱导作用。失去OH，再失去CO。CnH2n+1O+(m/z31,45,59,)，强度不大。第50页/共86页 脂环醚和不饱和醚 M+有一定强度。分子离子较强。2,6,6-三甲基-2-乙烯基四氢吡喃第51页/共86页 芳香醚 苯甲醚：MCH3+MCH3CO+,MCH2+MOCH3+。乙基或更高级烷基芳香醚：消去CnH2n，给出特征的奇电子离子。重排：苄基醚给出：C6H5CH2OH+,C6
20、H5CH2(C7H7+,卓鎓离子)。硫醇 硫醇和相应醇相似，硫醇电离能较醇低1eV，M+比醇强，存在CS键电离。给出 m/z33,34,35峰，对应HS+,H2S+,H3S+特征峰。长链硫醇：断裂CnH2n+1S+(m/z47,61,75,)置换反应 m/z75,89,103,其中m/z89最强，因C4H8SH+。CnH2n+1+强，电离断裂生成的R+。第52页/共86页 硫醚类 苯M+较强。电离，断裂 断裂 奇电子系列，(CH3)2CHSH+,m/z76；C5H10+，m/z70；C3H6+，m/z42.氢重排第53页/共86页七、胺七、胺类类 脂肪胺具有极低的电离能，但氨基引发的断裂有巨大
21、的驱动力，M+仍很低，M+1+可以存在，借助判断分子量。铵盐不会汽化，无M+，但分解时有胺和HCl(m/z36)或HBr(m/z80,82)存在，可用于判断是否为铵盐。脂肪胺类 特征：断裂，强峰。重排和置换重排。第54页/共86页 环烷胺类 特征：断裂，强峰。重排和置换重排。N乙基环戊胺第55页/共86页八、八、酰酰胺胺类类 与酯或酸有相似之处，M+明显，M+1+准分子离子易出现。正十二烷酸酰胺 特征：失去烷基产生离子系列 m/z44,(58),72,86,CnH2n+1+和 CnH2n-1+存在但较弱 麦氏重排，特征离子。第56页/共86页 仲、叔酰胺 断裂：MC2H5+(m/z86)MCH
22、3+(m/z100)麦氏+1重排 二次断裂重排 第57页/共86页九、九、氰类氰类 腈基的电离能很高，容易产生烃类的随机重排等过程。特征：脂肪腈的M+很弱，有时会有M+1+。CnH2n+1CN+(n=36时很强)，经氢重排失去烯烃所致。(CH2)nCN+系列离子，m/z54,68,82,96,110,124,，置换重排。第58页/共86页十、脂肪十、脂肪卤卤化物化物 一般有可测M+，对全卤化物，M+常是微不足道的，CX键断裂产生 MHX+和MX+。i断裂断裂置换反应(rd)i 断裂产生的R+发生二次断裂，产生CnH2n+1+系列离子，与烃类似。第59页/共86页4.6 分子结构推导一、分子离子
23、及分子量的一、分子离子及分子量的测测定定1 1、分子离子的判断、分子离子的判断 作为分子离子M+的必要条件：谱图中最高质量的离子；能够通过丢失合理的中性碎片，产生谱图中高质量区的重要离子。确定分子量可能遇到的困难：分子离子不稳定，在质谱上不出现分子离子峰。各类化合物的稳定顺序 芳香环(包括芳香杂环)脂环 硫醚、硫酮 共轭烯 直链烷烃 酰胺 酮 醛 胺 脂 醚 支链烃 腈 伯醇 仲醇 叔醇 缩醛 形成加合离子 在CI和FAB等电子时，产生准分子离子(quasi-molecular ion)M+H+。在用氨作化学电离试剂时，易产生M+NH4+。裂解裂解规规律律各各类类化合物化合物质谱质谱特征特征解
24、解释释化合物的化合物的质谱图质谱图由由谱图谱图判断化合物判断化合物第60页/共86页 多电荷离子 ESI电离时易出现。辅助手段用于分子量的确定：快原子轰击(Fast Atom Bombard)快离子轰击(Fast Ion Bombard)化学电离(Chemical Inization)场解吸(Field Desorption)化学衍生方法 醇：三甲基硅醚化，酸：甲酯化等第61页/共86页2 2、分子式的确定、分子式的确定 同位素丰度分析：低分辨同位素丰度分析：低分辨质谱质谱方法方法 利用分子离子区域同位素强度的统计分布确定分子式。前提条件：在 EI手件下，电子轰击能量 70 eV，适当温度等标
25、准状态下测定质谱图。扣除本底的干扰，准确地测定各同位素峰的强度值，采集过程中，严格控制基峰强度不允许超过极限值。同位素分布的二项表达式对一般离子的峰度强度的计算公式：几率乘法和几率加法 n:离子中某种元素的数目(C，O，N等)m:元素的同位素的数目(13C)a:丰度最大的同位素丰度值(12C,16O，14N等)100%或1 b:同位素(13C，18O)的相对强度值C60O2:12C6016O2,m/z752,12C5913C116O2,m/z753,按上式计算，n=60,m=1,a=1,b=0.011 12C5813C216O2,754,12C5913C116O118O,754,两种贡献之和
26、几率加法,分别计算后相加。第62页/共86页q例：求C10H14O分子离子区域中，M+:M+1+:M+2+M+12C10H1416O M+1+12C913C1H1416OM+2+12C813C2H1416O 12C10H1418O 所以：M+:M+1+:M+2+m/z162,0.74%m/z161,11%m/z160,100%第63页/共86页q 例 求C26H20N2O2分子离子峰的同位素分布M+12C26H2014N216O2M+1+12C2613C1H2014N216O2 12C26H2014N115N116O2 m/z393,29.34%m/z392,100%M+2+12C2413C2
27、H2014N216O2 12C26H2014N216O118O1m/z394,4.4%所以：M+:M+1+:M+2+第64页/共86页q 例 求C18H14Cl2Br2分子离子峰的同位素分布M+12C18H1435Cl279Br2M+1+12C1713Cl1H1435Cl279Br2M+2+12C1613C2H1435Cl279Br2 12C18H1435Cl137C179Br2 12C18H1435Cl279Br181Br1M+3+12C1513C3H1435Cl279Br2M+4+12C188H1437Cl279Br2 12C18H1435Cl281Br2m/z460,262.8%m/z4
28、59,19.8%m/z458,100%m/z461,0.2%m/z462,106.56%第65页/共86页所以：M+:M+1+:M+2+:M+3+:M+4+第66页/共86页q例 某化合物质谱分子离子区域强度分布如下，试求它的分子式。M+149100M+1+15010.35M+2+1510.64计算碳原子数目：10.35/1.1 9分子量为奇数，至少含1个N考察M2+，分析可能含的元素：不可能含Cl、Br、S、Si,只可能含O，含几个O？首先扣除13C2对M+2+的贡献：因此，只能含1个O，所以此化合物分子式C9H11NO第67页/共86页测量精度：其中，M：实测值，M0：质量真值，m:M0的
29、整数位质量值。q例：某一化合物的分元素组成是C18H14OP，实测值M=277.0781,质量真值 M0=277.0782(由元素组成可以计算出此值)，整数位质量m=277则精度为：高分辨扇形磁质谱仪，测量精度一般在 10 ppm以内。高分辨傅立叶变换离子回旋共振质谱仪，精度可达12ppm。精度也可用另一种方法即测定值与理论值之间的误差来表示，单位为毫原子质量单位(mu)，上面的测量精度对应的误差为。同位素丰度分析：高分辨同位素丰度分析：高分辨质谱质谱元素分析方法元素分析方法第68页/共86页 有人将C、H、O、N各种组合成的分子式的精确质量数排列成表，可用于测定得到的精确质量数与之比较，从而
30、确定分子式。q 例：用高分辨质谱测得样品分子离子峰的质量数为。这个化合物的红外谱上出现明显的羰基吸收峰(1730cm-1)，求它的分子式。解：如果质谱测定分子离子质量数的误差为，小数部分的波动范围将在之间。查上述表格中，质量数为150，小数部分在这个范围的式子有以下4个：C3H12N5O2 C5H14N2O3 C8H12N3 C10H14第1和第3个式子含奇数个N原子与样品分子量为偶数这一事实违反“氮数规则”，排除。第2式环加双键数为0，应不含氧原子，这与红外光谱数据不符。因此，该分子式诮为C10H14O。第69页/共86页可以用计算机直接给出可能的分子式候选对象，然后再根据其它信息进行结合判
31、断。从中草药多脉茵芋中提取分离到一个未知组分，用高分辨测定其M+的精确质量为是，计算机模拟给出的元素组成列于下表。根据已掌握的信息，估计元素组成是C35H60O。比较元素分析结果，1H NMR，13C NMR中H的数目及C的数目，最后确定这个未知化合物的元素组成是C35H60O。提取物分子离子峰的精确质量及分析结果质量计算值ppmmur/db分子式496.46240496.46223-0.3-0.20.0C16H52N18496.463071.40.76.5C33H58N3496.463582.41.2-0.5C18H54N15O496.46039-4.0-2.02.0C30H60N2O349
32、6.464424.12.06.0C35H60O496.45905-6.7-3.32.5C28H58N5O2496.45771-9.4-4.73.0C26H56N8O第70页/共86页氮数氮数规则规则 常见化合物中，最大丰度的同位素质量和价键之间有一个巧合：除氮原子外，两者或均为偶数或均为奇数，由此产生氮规则。两种表述方式：假若一个化合物含有偶数个氮原子，则其分子离子的质量将是偶数，反之亦然。键的方面(不含氮时)：若为偶数价，连接偶数个原子，贡献为偶数。若为奇数价，连接奇数个原子，贡献为偶数。去掉一个电子，为奇电子离子，质量数不变。如果含有氮奇数个氮，则奇偶性相反的关系；若含有偶数个氮，对奇偶性
33、没有影响。H2O(m/z18),CH4(m/z16),C2H2(m/z26),CH3OH(m/z32),CClF3(m/z104),胆甾醇C27H46O(m/z386),氨基吡啶C5H6N2(m/z94);NH3(m/z17),C2H5NH2(m/z45),喹啉C9H7N(m/z129)。含偶数个氮原子的奇电子离子，其质量是偶数。含偶数个氮原子的偶电子离子，其质量数将是奇数。分子离子为奇电子离子，其它的奇电子离子也符合该规则。第71页/共86页 环环加双加双键键数数 CxHyNzOn =x-y/2+z/2+1 :环加双键数 奇电子离子：偶电子离子：=5-5/2+1/2=4 环加双键数为4=7-
34、2.5+1=5.5 舍去小数 环加双键数为5第72页/共86页二、二、谱图谱图的概貌的概貌 1 1、光、光栅栏栅栏型型 下正烷烃的典型质谱图，或含有长链烷基的化合物。2 2、简洁简洁型型 分子由几个稳定的离子碎片以弱键联结。正十二烷质谱图3 3、分子离子峰极、分子离子峰极强强 稳定性极好，弱键较少。4 4、其它、其它 大量的质谱图。第73页/共86页三、低三、低质质量区离子系列量区离子系列m/z离子式可能的官能团15,29,43,57,71,CnH2n+1+烷基29,43,57,71,85,CnH2n-1O+醛、酮30,44,58,72,86,CnH2n+2N+胺31,45,59,73,87,
35、CnH2n+1O+醚、醇45,59,73,87,101,CnH2n-1O2+酸、酯33,47,61,75,89,CnH2n-1S+硫醇35,49,63,77,91,CnH2nCl+氯代烷基40,54,68,82,96,CnH2n-2HN+氰27,41,55,69,83,CnH2n-1+烯基、环烷基38,39,50,51,52,63,64,65,75,76,77CnHn+芳基常见离子系列第74页/共86页四、高四、高质质量区的中性量区的中性丢丢失失离子丢失的中性碎片可能的结构来源M-1H醛，某些醚及胺类M-2H2高级酯，碳酸酯，醇M-15CH3甲基M-16O,NH2-NO2,ArSO2NH2M-
36、17OH,NH2醇，胺，脲M-18H2O醇，糖，醛，酮M-26C2H2环烷，乙基酯M-28C2H4,CO,N2环酮M-30CH2O,NO芳香甲基醚M-31OCH3甲酯M-44CO2酯(骨架重排)，酐常见的中性丢失第75页/共86页五、特征离子，重要的奇五、特征离子，重要的奇电电子离子子离子记住一些重要的离子：特征离子特征离子 胺，m/z30；苯基,m/z77；苯酰基，m/z105；卓鎓,m/z91等 奇奇电电子离子子离子 m/z60 酸 麦氏重排 m/z74 酯 麦氏重排 m/z56 开环碎片 第76页/共86页4.7 质谱解析举例qq 例例1 1 高度稳定，无弱键，稠环类化合物或有大共轭键。
37、M+m/z128，碎片多为偶电子离子，不含N。M+2/M 很小，不含S,Si,Cl,Br等A+2元素，M+1/M 11%,C10 C10H8 =10-8/2+1=7 m/z39,39,51,52,63,64,75,76,77 苯环的特征系列结论：第77页/共86页qq 例例2 2未知物经元素分析得知由C，H，O三种元素组成，红外光谱31003700cm-1无吸收，确定该化合物。M+m/z136，不含氮。查Beynon表，四种可能性：C9H12O(=4),C8H8O2(=5),C7H4O3(=6),C5H12O4(=0)。m/z105，苯甲酰特征离子，m/z39,39,51,52,63,64,7
38、5,76,77 苯环的特征系列结论：第78页/共86页qq例例3 3m/z112,奇电子离子，但不是M+，因有m/z129,130,130-112=18，可能是脱水引起的。离子系列m/z31,45,59,73,87 CnH2n+1O,醇或醚。m/z130，C8H17O，经高分辨实验证实。由醚ROR失去ROH不常见，应为醇类。从伯醇上失去H2O极易，使得CnH2n+1O系列离子强度很低。M-43+(m/z87),M-57+(m/z73),醇的断裂引致对应失去C3H7和C4H9自由基。M-15+，M-29+很小，说明不存在支链。结论：4-辛醇第79页/共86页qq例例4 4m/z101是分子离子，
39、肯定含有奇数个N，M-CH3+存在。离子系列m/z45,59,73，CnH2n+1很弱，链很短，m/z59超出该系列离子的正常强度。m/z59，若含N，则其为奇电子离子，主要元素组成N1C2O1，重排所致，无支链酰胺，麦氏重排产生该离子。M-15+，碳链上可能有支化，C4链长，有支链，只有位。结论：4-甲基丁酰胺注意：肟也存在m/z59离子，亦为麦氏重排所致。为证实推导的正确性，需用其它谱学手段进一步研究。第80页/共86页qq例例5 5M+，m/z156，M+2/M=3/1 含1个Cl；M-35，m/z121，进一步说明含Cl。M+1/M9%，8个碳,分子式C8H7ClO。=5,有m/z77
40、,51,39离子系列，苯基C6H5特征。强m/z94，奇电子离子，94-77=16，含氧，m/z94可能为苯酚，由重排产生。m/z107，电离发生在Cl上，引发i断裂所致。结论：2-苯氧基1-氯乙烷第81页/共86页q例6 试判断 的主要碎片离子第82页/共86页qq例例7 7 自当归根部脂溶性部位分离获得一种白色晶体，熔点138C，比旋光D20为-2.9(甲醇)。EIMS示出最高质量数为m/z380。谱图如右图所示。分子离子经软电离(FAB和CI)确定为380。高分辨质谱数据，推测分子式 C24H28O4，由核磁共振进一步确证分子式。环加双键数=24-28/2+1=11，高度不饱和，应有环存
41、在。红外光谱显示含烯氢(3300cm-1)、双键(1675cm-1)、五元环，不饱和内酯羰基 (1750cm-1)，不含羟基、羧酸基和苯环。1H NMR,三个烯氢，13C NMR 8个季碳、6个叔碳、8个仲碳、1个伯碳。质谱图上，m/z190为基峰，分子离子为m/z380，1倍的关系，可能是两个相同部分组合而成，m/z190380之间峰很少，表明连接两部分的键不强。用亚稳扫描、高分辨质谱方法研究m/z50190范围内的离子，确定各离子的生成关系及其元素组成，根据质谱碎裂机理，得到合理的裂解过程。第83页/共86页m/z相对丰度%元素组成精确质量数计算值实测值1045.16C8H8104.062
42、410518.33C7H5O105.0340105.036212.03C8H9105.0704105.072710621.88C7H6O106.0419106.04251079.21C7H7O107.0497107.04971339.26C8H5O2133.0289133.02648.67C9H9O133.0653133.06461346.99C8H6O2134.0368134.03557.74C9H10O134.0762134.071214896.77C9H8O2148.0524148.053916179.39C10H9O2161.0602161.06111629.90C10H10O2162.0680162.0629190100.0C12H14O2190.0993190.0990m/z190离子裂解碎片数据蒿本内酯，m/z190，带有一个活泼双键C=CC=O。通过Diels-Alder加成反应，二聚，8种可能性。从质谱上判断，四环元环可能性最大，张力大，容易开环断裂。经NMR和X光单晶衍射核实正确。结论：新当归内酯第84页/共86页 蒿本内酯质谱裂解过程*表明借亚稳离子扫描技术确证第85页/共86页感谢您的观看！第86页/共86页